Нутационный ядерно-магнитный расходомер Советский патент 1979 года по МПК G01N27/78 

1

Изобретение относится к технике иэмереиия расхода жидкости методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР) н может испопьвованр для дистанциоаного бесконтактного непрерывного измерения, контроля и автоматического регулирования расхода жидких слабоапектропроводных и кеалектропроводных, ядовитых, агрессивны и т.п. жидкостей в самых различных областях науки н на производстве.

Известны электромагнитные ресходоме- ры, позволяющие измерять минимальный расход жидкости - до О,О7 см/с ij , Однако эти расходомеры неприменимы для намерения расхода жидкостей, имеющих эпектропроводность менее 10 ом см (электропроводность многих жидкостей колеблется от ).

Известны ядерно-магнитные расхсаоме:ры, погжоляющие измерять потоки жиакосгей с низкой электропроводностью. Наиболее близким техническим решением к п{)едложениому является нутационный яаерио-магкнтиый расходомер 2 , содержащий детектор ЯМР, трубопровод, проходящий через поляризатор, катушку нутации и приемную часть детектора ЯМР, состоящую из магнитной системы, катушки модуляции и приемной квтушки, а также генератор нутации и автоматический потенциог метр. Однако данное устройство не позволяет измерять малые расходы (менее 0,1 см /с).

Цель изобретения - псшышение чувствительности измерений за счет расширения диапазона измерения расхода жидкости в сторону нижнего предела.

Поставленная цель достигается тем, что трубопровод выполнен в виде змеевика, каждый из витков которого проходит последовательно через поляризатор, катушку нутации и приемную катушку.

На чертеже показана схема предложен.ного нутационного ядерно-магнитного расходомера.

Расходомер содержит поляризатор 1, хатушку нутации 2, катушку модуляини 3, магнитную систему 4 для создания однородного магнитного поля, приемную катушку 5 сигнала ЯМР, трубопровод 6 в виде ; змеевика, измеритель 7 магнитной индукции типа Е11-2, включающий в себя высокочастотный генератор, усилитель, амплитудный и фазовый детекторы, автоматический потенциометр 8, реостатный аадатчик 9, генератор нутации 10, термоэлектрический миллиамперметр 11, Известно, что с уменьшением расхода жидкости амплитуда сигнала ЯМР уменьшается и при некотором расходе (микрорасходе) сигнал ЯМР становится равным уровню шумов и не поддающимся иамере нию. Поэтому при измерении микрорасходов поляризацию, нутацию и регистрацию сигналоь ЯМР от одной и той же жидкоети осушествляют многократно, т.е. жидкость намагничивают в одном объеме поляризатора и пропускают последовательно через катушку нутации и приемную катушку ЯМР, затем эту же жидкость направляют в другой объем поляризатора для на магничивания и снова пропускают через ту же катушку нутации и приемную катушку сигнала ЯМР и т.д. П раз. Таким образом, если черва прием 1ую катуш ку сигнала измеряемую жидкость пропускают П раз, то в приемной катушке принимают сигнал, соответствующи расходу в ц раз большемуj чем фактический расход. Поэтому теперь сигналу ЯМР, равному уровню шумов, соответствует примерно в п раз меньший расход , что и обеспечивает расширение нижнего предела измерения расхода жидкости примерно в л раз, а в связи с росто амплитуды сигнала повышается и точност Расходомер работает следующим образом. Измеряемая жидкость поступает в поляризатор 1, где она через время достигает полной намагниченности ( Т продольное время релаксации). Затем жид кость направляется в катушку нутации 2, на которую подается от генератора нутации переменное напряжение резонансной частоты, и в зависимости от величины то ка в катушке нутации вектор ядерной намагниченности жидкости поворачивается на определенный угол в от направления внешнего магнитного поля. Далее жидкость поступаетв модулированное катушкой модуляции 3 постоянное однородное магнитное поле магнитной системы 4, в котором находится принимающая катушка 5 сигнала ЯМР. Измеряемая жидкость после прохождения через принимающую катушку по трубопроводу 6 вновь воавра ается в поляризатор, и все начинается начала. Никл повторяется 3 раза. Известно, что амплитуда сигнала ЯМР. пропорциональна расходу через приемную атушку в единицу времени. Так как приемная катушка охватывает все три трубопровода, то и соответственно расход будет в 3 раза больше фактического, что и равноценно уменьшению нижнего предела измерения расхода в 3 раза. Работа вторичной аппаратуры не отличается от работы вторичной аппаратуры прототипа, т.е. измеритель магнитной индукции, соединенный с катушкой модуляции и прием:ной катушкой, выделяет амплитудным детектированием сигнал ЯМР с частотой модул5щии магнитного поля, который после усиления и пропускания через фазовый детектор получает вид постоянного напряжения. Это постоянное напряжение подается на автоматический потенциометр 8, в котором постоянное напряжение преобразуется в переменное с частотой 5О Гц, усиливается и подается на-реверсивный двигатель типа РД-09, который управляет реостатным задатчиком 9, Реостатный задатчик подключен к выходу генератора нутации 10 последовательно с термоэлектрическим миллиамперметром 11 и катушкой нутации 2. Ток в катушке нутации автоматически поддерживается такой, чтобы угол в был равен , при этом сигнал ЯМР в приемной катушке равен нулю. При изменении расхода в приемную катушку 5 поступает жидкость с положительной или отрицательной ядерной намагниченностью и соответственно этому меняется полярность сигнала ЯМР и реверсивный двигатель РД-09 изменяет сопротивление реостатного эадатчика так, чтобы ток В катушке нутаци поддерживал угол 11,/2. Предложенное устройство для измеревия микрорасходов неэлектропроводных, arpecsсивных, ядовитых и других жидкостей поэволяет снизить не менеечем в два раза (до 0,05 мл/ с) нижний предел измерения расхода и одновременно повысить точность измерения во всем диацазоне изменения расхода. Формула изобретения Мутационный ядерно-магнитный расхо- помер, содержащий детектор ЯМР, трубопровод, проходящий через поляризатор, катушку нутации и приемную часть детегтора ЯМР, отличающийся тем. что, с целыЬ повышения чувствительности измерений, трубопровод выполнен в виде змеевика, каждый ив витков которого последовательно проходит через поляризатор, катушку нутации и приемную часть детектора ЯМР.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиве

1, БОШНЯК Л. Л. и др. Измерение малых расходов жидкостей, М-Л., Машгиз, 1961, с. 6.

. 2 Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л„ Машиностроение, 1975. с. 628.

J 4